一種地氣壓的測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地氣壓力的測(cè)量裝置。具體地說，應(yīng)用該裝置可測(cè)量地下包氣帶內(nèi)土壤氣壓的細(xì)微變化，為地球物理化學(xué)的勘察研究提供技術(shù)支撐。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]眾所周知，土壤是由固體、液體和氣體三類物質(zhì)組成的。固體物質(zhì)包括土壤礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和微生物等；液體物質(zhì)主要指土壤水分；氣體是存在于土壤孔隙中的空氣。土壤中這三類物質(zhì)構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一體。從地質(zhì)學(xué)的角度看，地面以下潛水面以上的地帶稱包氣帶，它是巖土顆粒、水、空氣三者同時(shí)存在的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。無論通常意義上的土壤還是地質(zhì)學(xué)上所指的包氣帶，該區(qū)域由于氣相的存在，與外界大氣形成了一個(gè)連續(xù)的統(tǒng)一體。在該區(qū)域內(nèi)，土壤空氣壓力一方面受大氣的影響和控制，隨大氣的變化而變化，但同時(shí)受土壤內(nèi)部溫度、濕度、鹽分等自然環(huán)境條件和自身構(gòu)成的影響，導(dǎo)致在不同區(qū)域的地氣壓存在差異。地氣壓差異會(huì)導(dǎo)致水分、礦物離子、天然氣分子等運(yùn)移。目前一般通過測(cè)量吸附于土壤顆粒的地球化學(xué)元素，如微量成礦元素或伴生元素、伴生氣體的含量來確定它們的運(yùn)移方向，達(dá)到資源勘查目的。
[0004]另外，在古絲綢之路沿線上保存了眾多的佛教石窟，它們開鑿于了礫砂巖體中，處于包氣帶中。石窟中保存的大量精美壁畫、彩塑，是我國重要的文化遺產(chǎn)，具有重要的歷史、科學(xué)和文化價(jià)值。其中以莫高窟為代表的石窟群因其規(guī)模宏大，保存完整，內(nèi)容豐富，早已于1987年被聯(lián)合國教科文組織列入世界文化遺產(chǎn)目錄，成全人類共同的精神財(cái)富。長期以來，由于氣侯的變化和人類活動(dòng)的影響，眾多的石窟壁畫存在起甲、霉變、空鼓、酥堿等與水分相關(guān)的病害。研究發(fā)現(xiàn)，水分是引起壁畫病害最活躍的因素。因此，監(jiān)測(cè)洞窟圍巖水汽的運(yùn)移方向，確定洞窟水分來源，在洞窟文物的主動(dòng)預(yù)防性保護(hù)中具有至關(guān)重要的作用。
[0005]因而，如何直接通過地氣壓的監(jiān)測(cè)，依據(jù)相對(duì)壓差判斷地氣運(yùn)移方向和形成原因，在水文勘察、資源勘探和珍貴洞窟文物保護(hù)等方面具有重要意義，在地球物理化學(xué)研究中有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]綜上所述，本發(fā)明以不飽和土壤(包氣帶)的氣壓為監(jiān)測(cè)對(duì)象，旨在提供一種地氣壓的監(jiān)測(cè)裝置。利用本裝置監(jiān)測(cè)不同區(qū)域的地氣壓，確定地氣的運(yùn)移方向，為地下水文勘察、資源勘探和洞窟文物保護(hù)提供關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備支撐。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種地氣壓監(jiān)測(cè)裝置，是由大氣壓力變送器、無紙記錄儀和數(shù)據(jù)線和電源組成。大氣壓力變送器除一臺(tái)保留在地表上監(jiān)測(cè)大氣壓外，其它大氣壓力變送器在不同區(qū)域、不同深度都埋設(shè)于包氣帶土壤內(nèi)，無紙記錄儀通過數(shù)據(jù)傳輸線分別與大氣壓力變送器連接，無紙記錄儀通過電線與電源連接。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1、本發(fā)明性能穩(wěn)定可靠，有較強(qiáng)的抗干擾能力，記錄間隔可根據(jù)需要自行調(diào)控，如設(shè)定無紙記錄儀間隔為10分鐘，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可達(dá)一年以上，具備記錄時(shí)間長、自動(dòng)記錄的特點(diǎn)。又因可隨時(shí)下載，實(shí)現(xiàn)了無限期連續(xù)監(jiān)測(cè)。
[0009]2、本發(fā)明可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地氣壓的變化過程；若與溫度、濕度等環(huán)境因子的同步監(jiān)測(cè)相配合，可分析環(huán)境因子對(duì)土壤水分、礦物離子和油氣(天然氣)的運(yùn)移。對(duì)于洞窟圍巖水分運(yùn)移、深潛伏礦藏和油(氣)田的勘探有非常重要的作用。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的示意圖。
[0011]圖中:1為大氣壓力變送器；2為無紙記錄儀；3為數(shù)據(jù)線；4為電源。
[0012]圖2為本發(fā)明地氣壓裝置測(cè)試的冬季地氣壓實(shí)測(cè)圖。
[0013]圖3為本發(fā)明地氣壓裝置測(cè)試的冬季相對(duì)地氣壓差圖。
[0014]圖4為本發(fā)明地氣壓裝置測(cè)試的夏季地氣壓實(shí)測(cè)圖。
[0015]圖5為本發(fā)明地氣壓裝置測(cè)試的夏季相對(duì)地氣壓差圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明采用的大氣壓力變送器(HD9408T，意大利DeltaOHM公司生產(chǎn)，其測(cè)量范圍:600?1100 mBar ;過載:2 bar ;精度:±0.4 mbar ;輸出:4?20 mA ;工作溫度:-30?+60°C);配置記錄儀為BT805無紙記錄儀(廈門伯特自動(dòng)化工程有限公司生產(chǎn))，記錄間隔可根據(jù)具體需要從數(shù)秒至數(shù)小時(shí)自由設(shè)定。五位顯示，精度較高，與大氣壓力變送器HD9408T配套，分辨率可達(dá)0.1 hPa。U盤轉(zhuǎn)存，方便下載與分析。電源可根據(jù)實(shí)際需要選擇AC 220V供電電源或DC 24V供電的儀表。
[0017]下面結(jié)合附圖1，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案再作進(jìn)一步的說明:
如圖1所示，一種地氣壓監(jiān)測(cè)裝置是由大氣壓力變送器1、無紙記錄儀2、數(shù)據(jù)線3和電源4組成。
[0018]本發(fā)明的操作過程:
1)測(cè)量時(shí)，水平放置無紙記錄儀2，連通所需規(guī)格的AC220V供電電源或DC 24V電源
4；
2)無紙記錄儀2根據(jù)需要用設(shè)定地氣監(jiān)測(cè)所需的時(shí)間間隔,如10min, 30 min等可任意設(shè)置；
3)大氣壓力變送器I除一臺(tái)置于地表20 cm上監(jiān)測(cè)大氣壓外，其它(根據(jù)實(shí)際需要可增加)大氣壓力變送器I分別埋設(shè)于不同區(qū)域、不同深度的包氣帶土壤內(nèi)。埋設(shè)前，需要在無風(fēng)環(huán)境下對(duì)大氣壓力變送器I進(jìn)行同一海拔高度的統(tǒng)一標(biāo)定；大氣壓力變送器I埋入時(shí)，要根據(jù)監(jiān)測(cè)的目的確定埋設(shè)的深度，一般為垂直方向，當(dāng)然也可根據(jù)需要橫向埋設(shè)。儀器埋設(shè)時(shí)，需要事先挖坑，在欲監(jiān)測(cè)深度的坑壁上開挖小洞，以剛好放置大氣壓力變送器I為好，回填后土壤要密實(shí)，確保回填土壤在大氣壓力變送器I間踩踏齜實(shí)，以不封堵變送器探測(cè)孔為宜；
4)無紙記錄儀2通道接口通過數(shù)據(jù)線3與地面上I個(gè)大氣壓力變送器I連接外，其它分別與土壤(包氣帶)中大氣壓力變送器I并聯(lián)連接；
5)大氣壓力變送器I所感應(yīng)的電信號(hào)由數(shù)據(jù)線3傳輸?shù)綗o紙記錄儀2處理存儲(chǔ)。用U盤在UBS接口下載數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。埋入土壤中大氣壓力變送器1，測(cè)量數(shù)據(jù)雖然為包氣帶土壤的真實(shí)氣壓值，但下載后需要以地表地氣壓值為基值，通過計(jì)算機(jī)EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在排除大氣壓的影響下顯示土壤內(nèi)不同區(qū)域的氣壓相對(duì)值，從而清晰顯示不同區(qū)域的相對(duì)壓差，準(zhǔn)確判斷地氣的運(yùn)移方向。地氣運(yùn)移符合氣體運(yùn)移的基本原理，即從氣壓高處向氣壓低處運(yùn)移，根據(jù)相對(duì)氣壓的高低，從而確定地氣的運(yùn)移方向。
[0019]下面，本發(fā)明以莫高窟戈壁2012?2013年O?2.0 m 土壤的實(shí)際安裝及監(jiān)測(cè)結(jié)果為例，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果及地氣運(yùn)移、判讀及表達(dá)意義進(jìn)行具體說明(圖2—圖5):
莫高窟戈壁O?2.0 m地氣壓的監(jiān)測(cè)，首先，對(duì)埋設(shè)的大氣壓力變送器進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)定。本發(fā)實(shí)施例選用的大氣壓力變送器(HD9408T，意大利DeltaOHM公司生產(chǎn)，其測(cè)量范圍:600?1100 mBar ;過載:2 bar ;精度:±0.4 mbar ;輸出:4?20 mA ;工作溫度:-30?+60°C)。然后，在地表20 cm安裝I臺(tái)大氣壓力變送器1，另外在地下20、50、100、200 cm處分別各埋設(shè)I臺(tái)大氣壓力變送器I與無紙記錄儀2通道接口連接(如圖1所示，圖1地下只標(biāo)出了 2個(gè))。無紙記錄儀2連通AC 220V電源4,無紙記錄儀設(shè)定10 min記錄一次。經(jīng)過全年的連續(xù)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)土壤內(nèi)的地氣壓存在穩(wěn)定周期性(季節(jié)性)的交替。在冬季實(shí)際氣壓的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2，地下200 cm處氣壓高于地上大氣壓及淺層，說明有深層地氣向淺層地表運(yùn)移；夏季的實(shí)測(cè)結(jié)果如圖4，地下200 cm處明顯低于地表及淺層，說明淺層的地氣向深層運(yùn)移。為了更加清晰的研究土壤內(nèi)的地氣壓的變化及內(nèi)在規(guī)律，在排除大氣壓的影響下，即地氣壓減去地面大氣壓，結(jié)果如圖3和圖5，非常清晰的表達(dá)了地氣在土壤層內(nèi)的運(yùn)移方向。同時(shí)，地氣差呈現(xiàn)出穩(wěn)定的日周期性波動(dòng)，這對(duì)研究地氣周期性變化非常重要。
[0020]在莫高窟所監(jiān)測(cè)的地氣壓變化相對(duì)變化量(圖2—圖5)為3?5 hPa，根據(jù)發(fā)明者對(duì)不同時(shí)期地下土壤內(nèi)溫度和空氣相對(duì)濕度的監(jiān)測(cè)及干旱區(qū)土壤水分的研究，其具體含義為:這3?5 hPa的地氣壓變化主要是由水汽壓變化引起的。夏季在溫度作用下圍巖土壤水分分解，水汽壓增大，淺層水汽向下、向洞窟運(yùn)移；冬季，溫度下降，圍巖土壤吸濕吸附水分。此時(shí)，地層越淺溫度越低，水汽壓也越低，地下水汽向上運(yùn)移。對(duì)于洞窟，冬季主要來源于深層地下水。圖2—圖5清晰的顯示了水汽的年變化與運(yùn)移方向，為洞窟水分的主動(dòng)預(yù)防提供了根本性的指導(dǎo)。當(dāng)然，本發(fā)明不僅局限于干旱區(qū)土壤水分的應(yīng)用。由于地氣構(gòu)成成分復(fù)雜，在不同區(qū)域有不同的構(gòu)成成分。本發(fā)明同樣可用于油氣田和潛伏礦物區(qū)的地氣監(jiān)測(cè)；也可用于深部地氣壓，如地震、火山帶地氣壓的監(jiān)測(cè)，為生產(chǎn)和科學(xué)研究提供技術(shù)與探測(cè)設(shè)備上的支持。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種地氣壓監(jiān)測(cè)裝置，是由大氣壓力變送器(I)、無紙記錄儀(2)和數(shù)據(jù)線(3)和電源(4)組成，其特征大氣壓力變送器(I)除一臺(tái)保留在地表上監(jiān)測(cè)大氣壓外，其它各臺(tái)大氣壓力變送器(I)都埋設(shè)于的包氣帶土壤內(nèi)，無紙記錄儀(2)通過數(shù)據(jù)傳輸線(3)分別與大氣壓力變送器(I)連接，無紙記錄儀(2 )通過電線與電源(4 )連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地氣壓監(jiān)測(cè)裝置的構(gòu)成、使用安裝及判讀的方法，它是由大氣壓力變送器、無紙記錄儀、數(shù)據(jù)傳輸線和電源組成。大氣壓力變送器除一個(gè)保留在地表上監(jiān)測(cè)大氣壓外，其它都埋設(shè)于包氣帶土壤內(nèi)；無紙記錄儀通過數(shù)據(jù)傳輸線分別與大氣壓力變送器連接，并通過數(shù)據(jù)傳輸線與電源連接。本發(fā)明可長期監(jiān)測(cè)地氣壓的變化，為文物保護(hù)、科學(xué)研究和勘探生產(chǎn)等提供技術(shù)與設(shè)備支撐。
【IPC分類】G01L9-06
【公開號(hào)】CN104807588
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410038500
【發(fā)明人】李紅壽, 汪萬福, 詹鴻濤, 邱飛
【申請(qǐng)人】敦煌研究院
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年1月27日